Медицинский стартап Nextkidney совместно с учеными Вагенингенского университета успешно адаптировал тропическую культуру Канавалия мечевидная (Jack Bean) к климату Нидерландов. Фермент, добываемый из этих бобов, является ключевым элементом инновационного домашнего аппарата для диализа Neokidney, снижающего потребность в воде со 150 до 7 литров.
Пациенты с тяжелой почечной недостаточностью привязаны к клиникам: процедуру гемодиализа необходимо проходить каждые три дня, а сама стационарная машина потребляет до 150 литров стерильной воды за одну сеанс для вымывания токсинов. Голландская компания Nextkidney, созданная при поддержке Национального фонда почек Нидерландов, завершает клинические испытания решения этой проблемы — портативного аппарата Neokidney весом всего 10 кг, который помещается на багажную полку самолета.
Однако, чтобы запустить массовое производство приборов, компании пришлось неожиданно для себя глубоко погрузиться в агросектор.
В чемоданчике Neokidney применяется запатентованная сорбентная технология рециркуляции. Использованная диализная жидкость не сливается, а проходит очистку внутри прибора и используется повторно. Для этого устройству требуется всего 7 литров воды вместо 150. «Двигателем» этой очистки выступает растительный фермент уреаза, который эффективно расщепляет накапливающуюся в крови мочевину.
Самым богатым природным источником уреазы в мире является тропическое растение Канавалия мечевидная (Canavalia ensiformis, которую еще называют «бобы Джека»). До недавнего времени медицинский стартап полностью зависел от импорта культуры, которую в небольших количествах выращивали только в Китае.
Зависимость от логистических цепочек Китая вынудила Nextkidney искать альтернативу. Компания обратилась в исследовательский центр Unifarm при ведущем аграрном Вагенингенском университете (WUR).
Голландские ученые доказали, что капризное тропическое растение способно давать высокий урожай в условиях умеренного климата Северной Европы.
В ходе экспериментальной установки в теплицах Unifarm исследователи выращивали бобы как в условиях короткого, так и длинного светового дня. Когда в обоих условиях появились растения со стручками, все вздохнули с облегчением, говорит глава центра Unifarm Дольф Страатхоф: «Более того, все растения очень быстро выросли, некоторые даже до самой крыши. Прямо как в сказке про Джека и бобовый стебель, которой боб обязан своим названием. Благодаря уреазе растения очень быстро преобразуют азот. Тот факт, что растение также растет в условиях длинного светового дня, стал важным первым шагом. Это означает, что нам не нужны дорогостоящие вмешательства и установки для затемнения теплиц».
После того как стручки созрели и были очищены от шелухи, исследователи с удовлетворением обнаружили партию хорошо сформированных бобов. Но настроение изменилось, когда Хармен де Йонг (генеральный директор компании Nextkidney) вернулся с результатами анализа. В бобах действительно содержалась уреаза, но не в активной форме. Де Йонг говорит: «Это означало, что мы не могли использовать их в фильтре. Я твердо подозревал, что объяснение кроется в составе почвы. Затем мы взяли образцы почвы у фермеров на юге Китая».
По словам Страатхофа, результаты лабораторных исследований были поразительными: «Создавалось впечатление, будто бобы растут на свалке металлолома. Почва там от природы содержит большое количество тяжелых металлов, таких как железо и никель. Никель является важным активатором ферментативной активности. Вернувшись в Вагенинген, мы начали тестировать различные концентрации растворимого железа и никеля в субстрате. В горшках с железом растения почти не росли, а в горшках с никелем – росли. При выбранной дозировке уровень активной уреазы в бобах был почти вдвое выше, чем в бобах из Китая. Это был наш момент озарения».
Таким образом, исследователи показали, что бобы Джека можно успешно выращивать и в Нидерландах. Чтобы перейти от исследований к практике, Де Йонг начал искать производителей, готовых выращивать эти бобы. Он нашел их в регионах Западный Брабант и Вестланд, где с 2024 года семь тепличных хозяйств, входящих в консорциум, выращивают культуру в части своих теплиц.
Страатхоф говорит: «Самое замечательное, что каждый производитель использует свой собственный метод выращивания. Они используют разные субстраты, методы орошения и удобрения, а также разную плотность посадки. Это позволяет нам понять, что дает наилучшие результаты. На данный момент выращивание еще очень ограничено. В общей сложности это даже не целый гектар. На 1 гектаре можно обеспечить фильтрами для домашнего диализа около 200 пациентов в течение года. Чтобы обеспечить достаточным количеством диализных фильтров всех пациентов с заболеваниями почек в Нидерландах, нам в конечном итоге потребуется от 40 до 50 гектаров. Для тепличного производства это значительная площадь».
Как подчеркивает Страатхоф, работа в Вагенингене продолжается: «Предстоит еще многое узнать. Благодаря гранту от Regiodeal Foodvalley, в прошлом году мы смогли продолжить эксперименты с другими культурами, такими как соя. Она также содержит уреазу, но в гораздо меньших концентрациях и с меньшей активностью. Мы также изучаем возможности выращивания канавалии в открытом грунте. Это может быть интересно для стран Южной Европы. Мы также исследуем возможность внесения никеля через листья и тестируем различные концентрации никеля, чтобы определить оптимальный вариант».
Одновременно исследователи изучают и аспекты безопасности. Страатхоф говорит: «Никель необходимо применять очень ответственно, и с почвой, в которой никель используется в качестве почвенного минерала, нужно обращаться с большой осторожностью. Последнее особенно сложно при выращивании в открытом грунте. Нам необходимо продолжать исследования в этой области, чтобы разработать надежную, экологически чистую и ответственную систему выращивания, соответствующую всем требованиям безопасности».
«Это превосходный пример синергии здравоохранения и высокотехнологичного растениеводства. Первые аппараты домашнего диализа, работающие на ферментах из выращенных в Голландии бобов Джека, должны выйти на европейский рынок уже в следующем году», — заключает Дольф Страатхоф.
Перенос выращивания в Нидерланды гарантирует стабильность поставок компонентов для Neokidney. По прогнозам разработчиков, внедрение таких домашних аппаратов не только вернет пациентам свободу передвижения, но и позволит сократить ежегодные расходы системы здравоохранения на одного больного на 43% (с €92 тысяч до €53 тысяч).
Источники: Nextkidney, Unifarm, WUR.